氨泵电机速断误动作原因分析及处理

重庆建峰化工股份有限公司化肥分公司 董川涛 谭振华

1.序言

重庆建峰化工股份有限公司化肥分公司尿素装置高压氨泵采用的是德国沃森顿公司生产的立式七柱塞无级调速往复泵，型号为：VSEH102×178，动力驱动采用6KV高压电动机(位号：300PM01)，型号ABB-JS/TXCB-560A4，额定转速1495转，额定电压6KV，额定电流114A。电动机保护采用微机型综合保护Sepam M41+MES114+ACE949+CCA634，10个输入和8个输出，I1-I3两CT保护接线方式，电流互感器变比采用150/5。我公司同型号电动机共计两台，装置正常生产运行时为一用一备，热备用状态下的电动机具备具备一键启动。热备用状态下的电动机绕组处于自动加热除潮状态，防止受潮降低电动机绝缘等。

2.问题的提出

2011年9月29日14点57分，尿素工艺人员现场启动300PM01B，启动瞬间电动机速断保护动作，工程技术人员立即至301总变电所查看综合保护后台监控系统报警信息，具体报文如下：14:57:23:873：现场启动300PM01B：断路器合闸；14:57:23:905：300PM01B速断保护保护动作：A相电流故障值=610A；B相电流故障值=860A；C相电流故障值=760A；14:57:23:916：300PM01B断路器分闸。查看后台监控系统报文后，技术人员随及到6KV配电装置现场进行查看，300PM01B柜面故障指示灯亮，Seapm M41综合保护显示：速断保护动作。

3.电机保护配置简介

氨泵电机保护采用的是施耐德Sepam M41+MES114+ACE949+CCA634，10个输入和8个输出，可于保护装置内部实现可编程逻辑保护，替代传统中继器变量，常用保护功能如下：

3.1 过流/速断保护(50/51)

相过流保护功能是三极的，如果一相、二相、三相电流达到运行设定点，相过流保护动作。M41保护共有9种选择方式，我公司过流/速断均采用的是定时限保护功能。

3.2 过热保护(49)

当电动机转子被堵住或旋转非常慢时，电动机的热特性与其在额定负载时不同。在这种条件下，电动机转子或定子有过热危险。

3.3 电流不平衡及断相保护(46)

负序电流是按3相电流确定的，如果相电流的负序分量大于设定值则保护动作。

3.4 启动时间过长和转子堵转保护(48/51LR)

起动超时：起动过程中，当三相电流中有一相电流超过设定点电流Is，持续时间大于正常起动时间，则保护动作。

转子堵转：电动机正常运转起动后，当三相电流中有一相电流超过设定点电流Is，持续时间大于定时限设定值，则保护动作。

3.5 接地保护(51N)

如果接地故障电流达到设定点，接地故障保护动作。

3.6 低电压保护(27)

本保护功能是三相的，并可按相或线电压参数整定值运行。如果三相中一相或线电压下降到低于Us/Vs设定点，保护装置动作，可包括一个定时限延时T跳闸或相关故障报警。

3.7 详细配置表见表一“氨泵电机保护配置表”

表一 氨泵电机保护配置表

4.电机速断动作原因分析

电机速断保护动作跳闸后，立即组织工程技术人员进行“分段”检查，即：电动机本体检查、交联电缆检查、断路器小车及微机型保护装置检查。

4.1 电动机本体检查及分析

检查电动机绕组部分，查看电动机是否出老化，受潮、受热、受侵蚀、异物侵入、外力的冲击等，是否因电机过载、欠电压、过电压或缺相运行等引起绕组故障。

打开电动机端盖部份，通过目测绕组端部及线槽内绝缘物观察有无损伤和焦黑的痕迹，如有就可能接地或匝间短路造成碳化点存在，结果打开端部未发现任何异常。

为进一步判断电动机绝缘状况，采用FLUKE1550B兆欧表2500V测量三组电阻的绝缘电阻，R60/R15=108/101MΩ，判断为不合格(判断标准：每1KV≥1MΩ，吸收比≥1.3)。初步判断电机有受潮现象，后询问，上午设备卫生清扫过程中，工艺人员用水冲冼过泵体，冲冼过程中水溅至电机，导致受潮。

电动机虽有受潮，但对地绝缘良好，为进一步查看电动机是否真是相间短路，技术人员用感性负载直阻速测仪TG--3960—A对电动机绕组进行直流电阻测试，测试结果如表二“电机直流电阻测试数据”。

表二 电机直流电阻测试数据

电机直流电阻测试合格，未发现异常，为进一步确保电机本体完好，将氨泵电机与泵体脱离，拉回检修大厅进行预防性试验，试验前先对电动机进行烘箱加热，加热后用FLUKE1550B测试绝缘R60/R15=1.78/1.15GΩ，判断合格。绝缘完好后，用TDGC---10/0.5－15KVA高压工频耐压设备进行耐压试验，试验电压取1.5Ue为9KV，受压时间1分钟。预防性试验过程无放电现象，电动机本体良好，无任何问题。

4.2 交联电缆检查及分析

氨泵电动机动力电缆采用原国外进口的交联聚乙烯电缆。速断保护后，技术人员对交联电缆进行绝缘测试，采用FLUKE1550B、2500V测试，具体测试数据如表三“交联电缆绝缘数据测试表”。

表三 交联电缆绝缘数据测试表

交联电缆绝缘测试未好现任何问题，为确保交联电缆真正的完好性，对交联电缆进行深入的检查，采用对交联电缆进行绝缘预防性试验，试验标准为3Uo，30分钟，试验设备为美国进口设备VLF 0.01HZ超低频设备进行预防试验，试验过程中未出现放电或绝缘击穿现象，所以电缆完好，未出现任何问题。

4.3 断路器小车检查及分析

301总变电所6KV高压开关柜设备采用梅兰日兰进口设备，断路器小车采用的是SF6气体绝缘密封设备，短时分断能力达40KA，但由于断路器自身运行年限较久，已达20年。断路器自身性能状况如何，采用对断路器进行预防性耐压试验，试验标准按照3Ue，1分钟，分别进行相对相及地、断口耐压及地试验，试验过程未发现绝缘击穿现象，故断路器绝缘性能良好。

断路器分合闸同期试验，由于车间无专门做断路器分合闸同期试验装置，经车间技术人员讨论后，决定采用机械秒表进行同期试验，找到三块机械秒表（401型）分别接至三相触头，通过分合闸观察秒表移动位移，试验发现合闸同期A、B相与C相差3ms，分闸同期为0ms，符合规程要求（相间合闸不同期≤5ms，分闸不同期≤3ms），所以可以判断小车断路器性能良好。

4.4 微机型保护装置检查及分析

本次速断事故发生后，为确保微机综合保护装置性能良好，对保护定值进行校验，氨泵电机速断整定值878A，按变比150/5进行整定二次值为29.3A，适当放大通入试验电流至29.4A，保护动作，动作时间45ms，报文“速断保护”。随后降低试验电流，按照M41采集电流860A，二次侧28.66A，放大电流通入28.7A至保护装置，保护未动作，约2.02S动作，报文“过流动作”。

为进一步确定保护装置定值未发生漂移，又对过流进行定值校验，过流值624A，按变比150/5进行整定二次值为20.8A，放大电流通入20.9A，2.12S动作，报文“过流动作”。通过上述分析，保护装置动作可靠，灵敏性高，不存在任何问题。

4.5 非设定值动作原因分析

Sepam M41微机型综合保护装置出现未达到整定值而动作，导致其动作原因究竟在什么地方，是误动还是灵敏度问题，查阅Speam M41数据资料发现微机型综合保护装置动作值以保护O1出口30ms后采集的尖峰值，并非瞬间测量值，其尖峰值根据电流的衰减情况而定，若衰减速度较快采集值就远小于实际尖峰电流值，若衰减速度较慢就近似于实际值，所以本次速断动作值860A为衰减值，并非实际值，其实际应大于860A，所以会导致微机型保护动作。

4.6 电机速断动作电流波形分析

氨泵电机速断保护动时，保护装置采集录波电流为A相电流故障值=610A；B相电流故障值=860A；C相电流故障值=760A；各相电流值偏差悬殊较大，查看综合保护后台监控系统采集故障录波图形有一定畸变现象，其原因较多，如谐波、电能质量、系统稳定以及其它干扰等原因，并非为工况时的标准正弦波，如图一所示“氨泵电机启动速断故障波形图”，其峰值近2000A换算至有效值也近1400A左右，所以导致速断动作。

图一 氨泵启动速断故障波形图

正常氨泵电机启动时，启动电流约710A左右，启动时间1.12S左右，不会出现速断保护动作和过流保护动作，正常启动时波形图如图二所示：氨泵正常启动波形图。启动峰值在1000A左右，其有效值在707A左右，启动时间1S左右。所以不会出现速断保护动作。

图二 氨泵正常启动波形图

建峰第二套大化装置高压电动机04P1101B循环水泵于2010年5月17日发生相间短路，后经检查属电缆相间短路放炮，造成速断保护动作，其动作时的故障录波如图三所示：速断瞬间尖锋电流达4500A左右，其有效值高达3200A左右，属真正意义上的速断保护动作。

图三 04P1101B循环水泵相间短路波形图

4.7 速断动作真实原因分析

经上述录波图对比分析，本次氨泵电机并非属真正意义上的速断保护，那造成速断保护的原因到底在什么地方。后深入检查分析发现，08年大修技术改造前我公司采用的施耐德ITG7446晶体管继电器采集2CT进行保护，08年技术改造时，我公司仍延用如图四所示的接线方式，并非采用图五接线方式。两者接线区别在于3CT接线方式时M41保护中选择电流互感器数目时必须选用I1-I2-I3，表示其为3CT保护，任何一相达到动作值时，保护出口动作。而2CT接线方式，监测数据值IA、IC为实测值，IB的值则为假设Io＝0时估算出来的，仅用于测量显示，不能用作保护。如果接线为2CT接线方式，选择3CT时，将会出现以IA、IC实际电流差值和幅角以及假设Io＝0等因素决定IB值，所以IB值存在较大误差。

图四 氨泵保护接线方式

图五 三CT保护接线方式

分析后，查询我公司300PM01B M41保护装置整定情况，查看保护整定为3CT接线方式，其IB相电流计算出的值进入了保护，如图六所示。由于氨泵电机、断路器等目前已使用近20年，各种使用状况大不如前，如断路器存在一定的合闸不同期等均可能造成启动瞬间电流不平衡，造成Io≠0的发生，促使计算值增大等，导致保护装置误动作。

图六 300PM01B保护整定情况

5.处理措施

5.1 修正CT设置

恢复2CT接线方式设置，将现设置为3CT更改为2CT，尽可能避免出现保护理论计算值，采用CT实际测量值纳入保护范畴，从而避免误动。

5.2 保护可靠系数优化

电机速断保护动作电流是按照躲过电机最大起动电流来整定的，整定公式为：Isd=Kk.Kq.Ie(其中Kk为可靠系数，一般取1.5-2倍；Kq为电机起动电流倍数，一般取5-7倍；Ie为电机额定电流)，一般高压电机速断保护电流范围为7-12倍，整定值太高灵敏度不够，速定值太低可靠性又不好，可根据现装实际情况进行综合计算，目前我公司氨泵电机最终讨论确定将速断保护定值整为950A，以此提高其运行可靠性。

5.3 增加速断延时

对速断保护增加一定和延时性，按期躲过合闸瞬间产生的尖峰谐波电流，但增加延时后，一旦某天氨泵电机真正发生速断保护动作未能瞬间动作，相间短路电流长时间在供电系统涌动，将会造成上级进线开关跳闸，造成更大的设备事故，所以提高速断保护动作时间来避开启动速断保护不可取。

5.4 保护装置程序完善

Sepam系列保护装置属施耐德电气微机型综合保护高端设备，功能强大，非专业人员想驾驭有一定难度，所以应请专业技术人员对保护装置进行系统检查评估检查，以确保其完好性。对保护装置不完善的地方加以完善。对不符合生产实际的地方应根据现场实际生产要求进行修改，确保各类保护装置设备运行可靠。

6.结束语

本次300PM01B氨泵电机在启动瞬间发生速断保护动作后，车间立即组织对6KV所有高压电机进行全面检查，检查发现CT选线错误的综合保护有4台之多，最终都进行了修改完善。同时车间在2011年大修期间外请施耐德专业技术人员至现场进行全面的检查完善，完善后各类电机运行正常，未发生误动作，生产装置是否还存在类似的问题，我们将一如继往的检查下去，确保装置安全长满优经济运行。

[1] sepam40测量,保护数据手册.

[2] 苏文博,李鹏博等.继电保护事故处理技术与实例.